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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Eine Übersicht zur elektrochemischen Praxis

Zusammenfassung
Elektrochemischen Methoden, Konzepten und Verfahren begegnet der Studierende wie der Berufstätige an zahllosen Stellen in Naturwissenschaft und Technik. Entsprechend breit ist die Palette denkbarer Experimente, die zu ihrer Einübung und Illustration dienen kann. Der Aufgabenstellung dieses Buches folgend soll diese Breite in der Auswahl der Versuche ebenso wie in ihrem experimentell-apparativen Aufwand und Anspruch an die Vorkenntnisse des Experimentators deutlich werden. Eine Ordnung der Versuche ist dabei sinnvoll, um dem Nutzer des Buches die Übersicht zu erleichtern und die Ergänzung der praxisbezogenen Versuchsbeschreibungen um die notwendigen theoretischen Kenntnisse zu erleichtern. Als Gliederungsprinzip wird grundsätzlich der im „Leitfaden der Elektrochemie“ gewählten Unterscheidung in „Elektrochemie des Gleichgewichts“ und „Elektrochemie unter Stromfluß“ gefolgt. Zunächst werden Versuche zu Elektrodenpotentialbestimmungen und zu ihrer Anwendung bei der Bestimmung thermodynamischer Größen vorgestellt. Breiten Raum nehmen anschließend Versuche ein, bei denen stromdurchflossene Elektroden in einer Vielzahl von experimentellen Anordnungen untersucht werden. Anwendungen elektrochemischer Methoden in der chemischen Analytik werden — unbeschadet der Frage nach einem Stromfluß durch die Meßelektrode — zusammenfassend dargestellt.
Rudolf Holze

2. Elektrochemie ohne Stromfluß

Zusammenfassung
In der Elektrochemie wird häufig eine grobe Gliederung mit dem Kriterium des Stromflusses vorgenommen. Phänomene ohne Stromfluß, bei denen sich das untersuchte elektrochemische System naturgemäß im Gleichgewicht befinden muß, können sich dabei sowohl auf das Lösungsinnere wie auf die Phasengrenze elektronenleitendes Metall/ionenleitende Elektrolytlösung (Elektrode) beziehen. Dies gilt in entsprechender Weise für Prozesse unter Stromfluß, bei denen natürlich ein elektronischer Stromfluß im Inneren der elektronenleitenden Bestandteile der elektrochemischen Zelle mit Ionenflüssen im Inneren des Elektrolytsystems gekoppelt sind. An der elektrochemischen Phasengrenze in der Elektrode werden diese beiden Prozesse miteinander verknüpft.
Rudolf Holze

3. Elektrochemie mit Stromfluß und Stoffumsatz

Zusammenfassung
Während im vorangegangenen Kapitel auf sorgfältige Einhaltung des thermodynamisch-chemischen Gleichgewichts geachtet wurde und ein Stromfluß sorgfaltig vermieden wurde, stehen in den folgenden Versuchen Prozesse und Phänomene im Mittelpunkt des Interesses, bei denen durch die Meßzelle ein elektrischer Strom fließt, der merkliche Veränderungen in kontrollierter Weise zur Folge hat. Zunächst wird dabei der Stoff- und Ladungstransport in Elektrolytlösungen untersucht. Die Möglichkeiten der Anwendung der dabei beobachteten Phänomene in anderen Bereichen (z.B. der chemischen Analytik) wird im entsprechenden Folgekapitel eingehender aufgegriffen. Messungen an Schmelz-und Festelektrolyten fehlen, da sie experimentell sehr aufwendig sind und zu ihrer Durchführung oft schwer erhältliche Komponenten benötigt werden.
Rudolf Holze

4. Elektrochemische Analytik

Zusammenfassung
Elektrochemische Verfahren sind aus der chemischen Analytik in all ihren Anwendungsfeldern nicht mehr wegzudenken. Neben ihrer prinzipbedingten hohen Empfindlichkeit und häufig extrem niedrigen Nachweisgrenze haben leichte Anwendbarkeit, niedrige Kosten, einfache Verknüpfung mit Systemen der Datenerfassung und -Verarbeitung und kompakt-mobile Bauweise der Geräte zur weiten Verbreitung beigetragen.
Rudolf Holze

5. Untersuchungen mit nicht-klassischen Methoden

Zusammenfassung
Neben Untersuchungsverfahren, bei denen an elektrochemischen Systemen die Größen Strom, Spannung, Ladung und deren Abhängigkeit von weiteren experimentellen Parametern wie Temperatur, Druck oder Lösungszusammensetzung gemessen werden, haben sich in den letzten Jahren zahlreiche Verfahren aus anderen Bereichen von Naturwissenschaft und Technik als leistungsfähige Ergänzung zur Bearbeitung elektrochemischer Aufgabenstellungen etabliert. Vor allem spektroskopische und oberflächenanalytische Verfahren kommen zum Einsatz, naheliegend wird die Gruppe dieser nicht-klassischen Methoden als „Spektroelektrochemie“ bezeichnet. Zur Unterscheidung werden die elektrochemischen Verfahren, bei denen die genannten vor allem elektrischen Größen gemessen werden, als klassische Verfahren bezeichnet. Ein zunächst wesentlich erscheinender Nachteil dieser Methoden ist der meist deutlich erhöhte apparative Aufwand. Oft werden Spektrometer oder andere analytische Großgeräte benötigt. Nur in Ausnahmefallen, so bei der Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Polymerfilmen, ist die gesuchte Information (hier die vom Elektrodenpotential des Films und der Zusammensetzung der Lösung abhängige Leitfähigkeit) mit sehr geringem Aufwand zugänglich. Die nachfolgend beschriebenen Versuche sind daher an das Vorhandensein entsprechender Geräte gebunden. In einigen Versuchen sind darüber hinaus apparative Veränderungen nötig, die für den Rahmen eines Praktikums nicht immer angemessen erscheinen mögen.
Rudolf Holze

6. Elektrochemische Energieumwandlung und -speicherung

Zusammenfassung
Systeme zur elektrochemischen Energieumwandlung und -speicherung sind von kaum zu überschätzender technischer Bedeutung. Ihre Allgegenwart wird mit der Zunahme mobiler, netzunabhängiger Geräte der Telekommunikation und Datenverarbeitung wie der wachsenden Bedeutung elektrisch angetriebener Fahrzeuge weiter wachsen. Diesen Tatsachen steht eine nur sehr kleine Auswahl von im Labormaßstab durchführbaren Versuchen gegenüber, bei denen nicht nur die Herstellerangaben zu den betrachteten Systemen (Batterien, Akkumulatoren etc.) nachvollzogen werden. Erschwerend kommt hinzu, daß für viele denkbare Versuche Komponenten benötigt werden, die nur schwer zu beschaffen sind. Schließlich dauern viele Versuche (z.B. Entladeversuche) etliche Stunden oder tage und sprengen damit den Rahmen des üblichen Versuchsprogramms. Die folgenden Versuche stellen einen Kompromiß dar.
Rudolf Holze

7. Elektrochemische Produktionsverfahren

Zusammenfassung
Elektrochemische Produktionsverfahren sind in verschiedenen Industriezweigen von großer Bedeutung, sie nehmen ca. 7% des industriellen Stromverbrauchs auf. Sie spielen bei der Metallgewinnung und -aufarbeitung, der Herstellung organischer und anorganischer Stoffe und bei der Bearbeitung und Veredelung von Materialien und Werkstücken eine wichtige Rolle. Typische Beispiele aus der anorganischen Chemie sind die Chlor-Alkali-Elektrolyse oder die Gewinnung von Aluminium und Kupfer durch Elektrolyse entsprechender Schmelzen der wäßriger Lösungen. In der organischen Chemie ist der Einsatz elektrochemischer Verfahren ungleich vielseitiger, vom Gesamtvolumen her allerdings eher bescheiden. Die eingesetzten Verfahren zielen auf die Umwandlung funktioneller Gruppen sowie die Bildung von C-C-Verknüpfungen durch Reduktions- oder Oxidationprozesse. Typische Beispiele der Verarbeitung und Veredelung sind die galvanischen Oberflächenmodifizierungen durch Verkupfern, Vergolden oder Verbleien sowie das „Electrochemical Machining“ für die Formgebung metallischer Werkstücke.
Rudolf Holze

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